Однополупериодная схема выпрямления.
| |||
| |||
Рис.2.1.1. Однополупериодная схема выпрямления (а) и временные диаграммы (б) при активной нагрузке
Это простейшая, но и самая несовершенная схема. Для простоты анализа полагаем вентиль идеальным, а активные и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора равными нулю. Поскольку вентиль идеальный, то при положительной полуволне напряжения в нагрузке будет протекать ток, мгновенное значение которого:
.
При обратной полярности напряжения u2 сопротивления вентиля бесконечно велико и ток в нагрузке равен нулю. Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке (постоянная составляющая):
. (2.1.1)
где - действующее напряжение вторичной обмотки трансформатора. , то есть в 2.22 раза превышает выпрямленное напряжение на нагрузке (постоянную составляющую).
Когда вентиль заперт, U0 = 0 и все напряжение U2 оказывается приложенным к вентилю. Максимальное значение обратного напряжения:
, (2.1.2)
или, заменив из (2.1.2), получим
. (2.1.3)
в p раз больше выпрямленного напряжения на нагрузке.
Максимальный ток диода:
. (2.1.4)
Действующие значение тока вторичной обмотки трансформатора:
(2.1.5)
то есть действующий ток вторичной обмотки трансформатора, вызывающий намагничивание сердечника трансформатора, в 1,57 раза больше выпрямленного тока.
Так как постоянная составляющая тока не трансформируется в цепь первичной обмотки, то повторяет переменную составляющую .
, (2.1.6)
где - коэффициент трансформации трансформатора.
Действующее значение тока первичной обмотки:
. (2.1.7)
Подставив (2.1.5) в (2.1.7), получим
. (2.1.8)
Теперь можно определить мощности обмоток трансформатора.
Мощность первичной обмотки:
. (2.1.9)
Мощность вторичной обмотки:
. (2.1.10)
Типовая мощность трансформатора:
. (2.1.11)
определяет его габариты. Такое соотношение свидетельствует о плохом использовании трансформатора.
Напряжение на нагрузке и ток пульсируют. Такую зависимость можно разложить в ряд:
(2.1.12)
Для характеристики степени слаженности напряжения вводится понятие коэффициента пульсации напряжения. Коэффициентом пульсации называют отношение амплитуды основной гармоники UmОГ к среднему значению выпрямленного напряжения на нагрузке:
. (2.1.13)
Большой , низкая частота основной гармоники, а также плохое использование обмоток трансформатора, намагничивание сердечника постоянной составляющей выпрямленного тока и большое обратное напряжение не позволяют широко использовать эту схему.
|
|
Рис.2.1.2. Двухполупериодная схема выпрямления с нулевым выводом (а) и временные диаграммы при активной нагрузке (б)
В двухполупериодной схеме выпрямления с нулевым выводом (рис.2.1.2.) вторичная обмотка трансформатора имеет дополнительный вывод от средней точки. Напряжения на верхней и нижней полуобмотках трансформатора равны по величине и противоположны по фазе. В первый полупериод VD1 открыт, VD2 заперт. Ток протекает через VD1 и нагрузку в направлении, указанном сплошными стрелками. Во второй полупериод полярность напряжения меняется. Ток будет проходить через VD2 и нагрузку. VD2 находится под обратным напряжением и тока не пропускает.
Ток в нагрузке протекает в одном направлении в течение обоих полупериодов. Ток и напряжение на нагрузке по-прежнему сильно пульсируют.
Среднее значение выпрямленного напряжения (постоянная составляющая):
, (2.1.14)
где действующее напряжение одной из полуобмоток трансформатора. Максимальный ток диода:
. (2.1.15)
Максимальный ток вентиля так же, как и в однополупериодной схеме, в p раз больше его среднего тока. Токи во вторичных полуобмотках трансформатора и вентилях VD1 и VD2 протекают поочередно, вследствие чего использование обмоток трансформатора оказывается неудовлетворительным. В первичной обмотке - синусоида. Напряжение на закрытом диоде:
. (2.1.16)
Максимальное обратное напряжение на вентиле складывается из амплитуд и , то есть
. (2.1.17)
Действующее значение тока вторичной обмотки:
. (2.1.18)
Действующие значение тока и напряжения первичной обмотки:
,
.
Мощность обмоток трансформатора:
,
.
Расчетная мощность трансформатора:
. (2.1.19)
Снижение типовой мощности и лучшее использование трансформатора в двухполупериодной схеме объясняется отсутствием намагничивания сердечника трансформатора постоянной составляющей тока вторичных обмоток. Постоянные составляющие тока этих обмоток создают намагничивающие силы, направленные встречно. Их магнитные потоки в сердечнике трансформатора компенсируются.
Частота основной гармонической пульсации . Коэффициент пульсации в многофазных выпрямителях можно посчитать по формуле:
, (2.1.20)
где - амплитуда гармонической пульсации порядка n, m - отношение частоты пульсации основной гармоники к частоте сети. Поэтому в данной схеме
. (2.1.21)
В этой схеме трансформатор использован лучше, чем в однополупериодной. Среднее и максимальное значения тока вентиля уменьшаются в два раза при одном и том же токе нагрузки. Частота пульсаций увеличивается в два раза. Амплитуда пульсации уменьшается, но все еще велика. также велико. Кроме того, нужно использовать два вентиля и тщательно симметрировать полуобмотки.
В мостовой схеме выпрямления (рис.2.1.3.) при положительной полуволне напряжения ток протекает в направлении, указанном сплошными стрелками. При отрицательной полуволне – через VD2, и VD4.
Направления токов, текущих через нагрузку в течение обоих полупериодов, совпадают. представляет полусинусоиды , совпадает по форме с . Во вторичной обмотке протекает переменный синусоидальный ток, что обеспечивает хорошее использование трансформатора. Между анодом и катодом вентиля в непроводящем направлении приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора. Поскольку формы кривых токов и напряжений в нагрузке те же, что и в двухполупериодной схеме с нулевым выводом,
; ; ; ; (2.1.22)
Обратное напряжение на диоде:
, (2.1.23)
то есть в два раза меньше, чем в двухполупериодной схеме.
Действующее значение тока вторичной обмотки:
. (2.1.24)
Ток первичной обмотки:
.
Типовая мощность трансформатора:
,
. (2.1.25)
Достоинства:
Мостовая схема может быть непосредственно включена в цепь переменного тока, если напряжение сети обеспечивает требуемую величину U0, так как по вторичной обмотке трансформатора не протекает постоянной составляющей тока. Обратное напряжение при одном и том же U0 ниже, чем в двухполупериодной схеме, в два раза. Типовая мощность трансформатора меньше, чем в других однофазных схемах.
Недостаток:
В схему включены четыре вентиля, поэтому потери в этой схеме немного больше, чем в двухполупериодной с нулевым выводом.
Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 1157;